2020年高中生物专题5DNA和蛋白质技术课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段优化练

2020年高中生物专题5DNA和蛋白质技术课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段优化练

课题2 多聚酶链式反应扩增DNA片段 一、选择题 ‎1．关于PCR的说法，不正确的是(　　)‎ A．PCR是体外复制DNA的技术 B．PCR过程中只需要一个模板DNA、两个引物分子、大量脱氧核苷酸原料 C．Taq DNA聚合酶是一种热稳定的DNA聚合酶 D．PCR利用的是DNA双链复制原理 解析：PCR技术是一种在体外迅速扩增DNA片段的技术；PCR过程除需要DNA分子双链作为模板、两种引物分子、大量脱氧核苷酸原料外，还需要酶等条件；Taq DNA聚合酶是一种耐热的DNA聚合酶；PCR技术的原理和DNA的复制原理是一样的，都是半保留复制。‎ 答案：B ‎2．PCR技术控制DNA的解聚与结合是利用了DNA的(　　)‎ A．特异性　　　　　　　 B．稳定性 C．热变性 D．多样性 解析：DNA分子在80～100 ℃的温度范围内变性，双链解开成单链；当温度缓慢降低时，又能重新结合形成双链。‎ 答案：C ‎3．PCR实验中用到微量离心管、缓冲液和蒸馏水，使用前必须进行的关键步骤是(　　)‎ A．反复洗涤 B．用酒精擦洗 C．高压灭菌 D．在－‎20 ℃‎保存 解析：在PCR实验中，为了避免外源DNA等因素的污染，微量离心管、枪头、缓冲液和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。同时也不能忽视其他操作步骤，如缓冲液和酶应该分装成小份，并且在－‎20 ℃‎保存。‎ 答案：C ‎4．标准的PCR过程一般分为变性、复性、延伸三大步，这三大步需要的温度依次是(　　)‎ A．‎92 ℃‎、‎55 ℃‎、‎72 ℃‎ B．‎72 ℃‎、‎55 ℃‎、‎‎92 ℃‎ C．‎55 ℃‎、‎92 ℃‎、‎72 ℃‎ D．‎80 ℃‎、‎55 ℃‎、‎‎72 ℃‎ 解析：当温度上升到‎90 ℃‎以上(90～96 ℃)时，双链DNA解聚为单链，称之为变性；当温度下降到‎50 ℃‎左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合，称之为复性；当温度上升到‎72 ℃‎左右(70～75 ℃)时，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)在Taq DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，称为延伸。‎ 答案：A ‎5．如图所示为DNA变性和复性示意图，相关说法正确的是(　　)‎ A．向左的过程为加热(80～‎100 ℃‎)变性的过程 B．向右的过程是DNA双链迅速制冷复性 C．变性与在生物体内解旋过程的实质相同 5‎ D．图中左侧DNA片段共有4个游离的磷酸基团、4个3′端 解析：DNA体外的变性和体内的解旋，其实质是相同的，都是使氢键断裂，DNA双螺旋打开，只是体内解旋需要解旋酶，体外变性需高温条件。‎ 答案：C ‎6．符合PCR反应条件的一项是(　　)‎ ‎①稳定的缓冲液环境　②DNA模板　③合成引物　④四种脱氧核苷酸　⑤Taq DNA聚合酶　⑥DNA解旋酶　⑦限制性核酸内切酶　⑧温控设备 A．①②③④⑤⑥ B．①②③④⑤⑥⑦⑧‎ C．③④⑤⑥⑦⑧ D．①②③④⑤⑧‎ 解析：PCR反应模拟生物细胞内DNA复制的条件，只是不需要解旋酶，也不需要基因工程的工具酶(限制性核酸内切酶)。‎ 答案：D ‎7．PCR仪实质上是一台自动调控温度的仪器，它调控不同温度的目的是(　　)‎ ‎①‎95 ℃‎使DNA分子变性，失去生物活性 ‎②‎95 ℃‎使DNA分子变性，解开螺旋 ‎③‎55 ℃‎使DNA分子开始复制、延伸 ‎④‎55 ℃‎使DNA分子的两条单链分别与两种引物相结合 ‎⑤‎72 ℃‎使DNA分子开始复制、延伸 ‎⑥‎72 ℃‎使DNA分子恢复双螺旋结构，恢复活性 A．①③⑤ B．②③⑤‎ C．②④⑤ D．②④⑥‎ 解析：PCR技术在温度上升到‎90 ℃‎以上时，双链DNA解旋变为单链；当系统温度下降到‎50 ℃‎左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合；当系统温度上升到‎72 ℃‎左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、G、C、T)在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。‎ 答案：C ‎8．如图表示PCR扩增的产物，请分析它是哪次循环的产物(　　)‎ A．第一次循环 B．第二次循环 C．第三次循环 D．第四次循环 解析：在PCR反应中以引物为标记，第一次循环时，以加入的DNA为模板，两条DNA链可分别由引物Ⅰ和引物Ⅱ与其结合，并在DNA聚合酶的作用下延伸，所以，形成的每个子代DNA中只有一种引物。从第二次循环开始，第一次产生的DNA分子又可作为模板参与反应，形成的DNA分子中，只有两个仅一端含有引物，其他DNA分子两端都含有引物。‎ 答案：A ‎9．PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术，下列说法不正确的是(　　)‎ A．PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步 5‎ B．PCR所用的解旋酶和DNA聚合酶都具有耐高温的特性 C．延伸的温度大于复性的温度，而小于变性的温度 D．PCR技术可用于基因诊断、判断亲缘关系等 解析：PCR技术需要耐高温的DNA聚合酶，不需要解旋酶。‎ 答案：B ‎10．关于DNA聚合酶催化合成DNA子链的说法，正确的是(　　)‎ A．Taq DNA聚合酶是从深海生态系统中发现的 B．DNA聚合酶能特异性地复制整个DNA的全部序列 C．Taq DNA聚合酶必须在每次高温变性处理后再添加 D．DNA聚合酶是以DNA为模板，使DNA子链从5′端延伸到3′端的一种酶 解析：Taq DNA聚合酶是在热泉中发现的。PCR扩增的是引物之间的固定长度的DNA序列。Taq DNA聚合酶能耐高温，所以在反应体系中可反复利用而不用另外再添加。DNA聚合酶不能从头开始催化合成DNA，而只能从DNA单链的3′端延伸子链。‎ 答案：D ‎11．PCR一般要经过三十多次循环，从第二次循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应，由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链作模板时将(　　)‎ A．仍与引物Ⅰ结合进行DNA子链的延伸 B．与引物Ⅱ结合进行DNA子链的延伸 C．同时与引物Ⅰ和引物Ⅱ结合进行子链的延伸 D．无须与引物结合，在酶的作用下从头合成子链 解析：当由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链作模板时，此单链引物端为5′端，因此与它互补的子链应从另一端开始合成，即与引物Ⅱ结合延伸DNA的子链。‎ 答案：B ‎12．在PCR扩增DNA的实验中，根据设计，一分子DNA经30次循环后，应得到约230个DNA分子，但结果只有约210个DNA分子。出现该现象的原因可能是(　　)‎ ‎①循环次数不够　②Taq DNA聚合酶活力不够或其活性受到抑制　③引物不能与亲链结合　④系统设计欠妥 A．①②③ B．①②④‎ C．①③④ D．②③④‎ 解析：①循环次数过少，产物的量比预期的少；②Taq DNA聚合酶活力不够或其活性受到抑制会导致扩增效率低，得到的产物比预期的少；③如果引物设计不合理，则无法进行扩增；④PCR系统设置不妥，将达不到预期的效果。‎ 答案：B 二、非选择题 ‎13．如图为细胞内DNA复制过程示意图，该过程在体外也可进行，以获得大量相同的DNA片段，该项技术被称为PCR技术，又称多聚酶链式反应，请分析回答：‎ 5‎ ‎(1)PCR过程与细胞内DNA复制相比，主要不同点是：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)PCR技术过程的三个步骤是：________、________、________。‎ ‎(3)假设PCR过程中，只用一个DNA片段作为模板，30次循环后，理论上反应物中有________个这样的DNA片段。‎ ‎(4)PCR技术能在几小时内将微量的DNA片段特异性地扩增上百万倍，从而解决了样品中DNA含量低，难以分离的难题，试举两例，说明PCR技术的应用：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)PCR过程与细胞内DNA复制相比，主要不同点是：PCR过程是高温变性解旋，不需要解旋酶。(2)PCR的每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。(3)由于一个DNA片段作为模板，一次循环能产生2个DNA片段，所以30次循环后，反应物中大约有230个这样的DNA片段。(4)PCR技术有广泛的应用，可以用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、亲子鉴定等方面。‎ 答案：(1)PCR过程是高温变性解旋，不需要解旋酶　(2)变性　复性　延伸　(3)230　(4)刑侦破案、亲子鉴定、疑难疾病的诊断、基因序列分析等 ‎14．PCR技术是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术，下图表示合成过程，请据图分析回答：‎ ‎(1)A过程高温使DNA变性解旋，对该过程的叙述，正确的是(　　)‎ A．该过程用到耐高温的解旋酶破坏氢键 B．该过程用到限制酶破坏磷酸二酯键 C．该过程不需要解旋酶的作用 D．该过程与人体细胞的过程完全相同 ‎(2)C过程要用到的酶是______________。这种酶在高温下仍保持活性，因此在PCR扩增时可以________加入，________(填“需要”或“不需要”)再添加。PCR反应除提供酶外，还需要满足的基本条件有____________________________。‎ ‎(3)如果模板DNA分子共有a个碱基对，其中含有胞嘧啶m个，则该DNA复制10次，需要加入胸腺嘧啶脱氧核苷酸________________个。‎ ‎(4)PCR中由碱基错配引起的变异属于________。假设对一个DNA进行扩增，第一次循环时一条模板链上发生碱基错配，之后正常配对，则扩增若干次后检测所有DNA的扩增片段，与原DNA相应片段相同的占________。‎ 5‎ 解析：(1)高温所起的作用类似于解旋酶，使双链DNA变为单链。(2)C过程是PCR技术的延伸阶段，当系统温度上升至‎72 ℃‎左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。Taq DNA聚合酶具有耐高温的特性，所以一次性加入即可。(3)在一个双链DNA分子中，C＋T占碱基总数的一半，则T的数目为(a－m)个，复制10次，新增加了(210－1)个DNA分子，故需补充胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目为(210－1)(a－m)个。(4)基因中碱基对的改变属于基因突变。以一个DNA进行扩增，第一次循环时某一条模板链上发生碱基错配，以后按正常配对方式进行扩增，以错配链作为模板扩增的都是错误的DNA分子，原正常链扩增得到的DNA分子都是正常的DNA分子，故若干次后检测所有DNA的扩增片段，与原DNA相应片段相同的占3/4。‎ 答案：(1)C　(2)Taq DNA聚合酶　一次　不需要　DNA模板、分别与两条模板链相结合的两种引物、四种脱氧核苷酸，同时通过控制温度使DNA复制在体外反复进行　(3)(210－1)(a－m)　(4)基因突变　75% (或3/4)‎ ‎15．PCR技术是把DNA片段在体外酶的作用下，合成许许多多相同片段的一种方法，利用它能快速而特异地扩增任何要求的目的基因或DNA分子片段，它的基本过程如下图所示：‎ 注：图中短线表示每次扩增过程中需要的引物。每个引物约含20个脱氧核苷酸，并分别与两条单链DNA结合，其作用是引导合成DNA子链。‎ ‎(1)PCR与体内DNA复制的不同之处主要表现在温度上，在PCR中先用‎95 ℃‎高温处理的目的是________________；而这一过程在细胞内是通过________实现的。‎ ‎(2)DNA子链复制的方向是____________，这是由于 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在PCR技术中所需要的引物实质上是一种______________。若将1个DNA分子拷贝10次，则需要在缓冲液中至少加入________个引物。‎ ‎(4)假定DNA片段含200对脱氧核苷酸，经3次扩增，从理论上计算需要________个游离脱氧核苷酸。‎ 解析：在PCR中先用‎95 ℃‎高温处理的目的是使DNA分子中的氢键断裂，两条链解开，使DNA分子解旋，形成单链。引物是一种单链DNA或RNA分子，它能与解开的DNA母链的3′端结合，为DNA聚合酶提供结合位点，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸，从而决定了DNA子链复制的方向是从子链的5′端到3′端。在DNA分子扩增时，需要2种引物，由于新合成的子链都需要引物作为复制的起点，故所需的引物数目等于新合成的DNA子链数目，若将1个DNA分子复制10次，则需要的引物为2×210－2＝(211－2)个。扩增3次一共形成8个子代DNA片段，需游离的脱氧核苷酸数为(8－1)×400＝2 800个。‎ 答案：(1)使DNA变性(或使DNA的两条链解开)　解旋酶　(2)从5′端到3′端　DNA聚合酶只能从引物的3′端连接单个脱氧核苷酸分子　(3)单链DNA或RNA分子　211－2　(4)2 800‎ 5‎